(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層および内部電極層が交互に複数積層された積層体と、該積層体の対向する一対の側面に接合されて、それぞれ前記内部電極層の第１の組および第２の組が接続された外部電極とを含む積層型圧電素子において、第１の組の前記内部電極層が接続された第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間は絶縁されて不活性領域となっており、該不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっており、第１の前記外部電極に対向している第２の組の前記内部電極層の縁の形状が、両側よりも中央で第１の前記外部電極から遠い弧状であり、該弧状の形状が一定の曲率半径を有する円弧状または楕円弧状のなめらかな曲線状であることを特徴とする積層型圧電素子。
【請求項２】
前記不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項３】
前記不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項４】
前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で、前記圧電体層の厚みが厚くなっており、前記内部電極層間の間隔が広くなっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項５】
第２の組の前記内部電極層が接続された第２の前記外部電極と第１の組の前記内部電極層との間の不活性領域の幅も、前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子。
【請求項６】
噴射孔を有する容器と、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とする噴射装置。
【請求項７】
高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する請求項６に記載の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とする燃料
噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、駆動素子（圧電アクチュエータ），センサ素子および回路素子等に用いられる積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、積層型圧電素子等の積層型電子部品は、セラミックグリーンシートに内部電極層となる導電性ペーストを印刷し、この導電性ペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを複数積層して積層成形体を作製し、この積層成形体を焼成して焼成された積層体を作製し、積層体に研削加工等の加工を施すことによって作製される。【０００３】
内部電極層は一層おきに正負の外部電極に接続される。正の外部電極に接続された内部電極層と、それに隣接する、負の外部電極に接続された内部電極層とが、積層体の積層方向において重なる部位は活性領域となり、重ならない部位は不活性領域となる。活性領域は、正の外部電極に接続された内部電極層と、それに隣接する、負の外部電極に接続された内部電極層とに挟まれた圧電体層が伸縮駆動する部位である。不活性領域は、正の外部電極に接続された内部電極層と、それに隣接する、負の外部電極に接続された内部電極層とに挟まれた圧電体層が伸縮駆動しない部位である。【０００４】
従来、積層体においては、不活性領域の面積はほぼ一定であり、活性領域と不活性領域との境界部分に応力が集中していた。そこで、不活性領域の配列順列を規定して積層型圧電素子の耐久特性を改善することが提案されている（以下の特許文献１を参照）。【０００５】
特許文献１には、電歪／圧電材料の表面に内部電極を形成した薄板を多数枚積層し、一対の外部電極により各内部電極を交互に一層おきに接続した積層型素子において、薄板は、それに形成する内部電極と片側の外部電極との導通を阻止するための無電極部を備え、無電極部は、幅が異なるｎ種類（但し、ｎは２以上の整数で、各無電極部の幅の大小はＷ1＜Ｗ2＜・・・＜Ｗnとする）存在し、それらの薄板が無電極部の幅に応じて、・・・，Ｗ1，Ｗ2，・・・，Ｗn，Ｗn，・・・，Ｗ2，Ｗ1，Ｗ2，・・・の順序で積層されている積層型電歪／圧電素子が記載されている。【０００６】
即ち、特許文献１の積層型電歪／圧電素子は、無電極部の幅が、積層方向において波状に変化するように形成されている。【０００７】
上記の構成により、素子端部での電界強度分布が段階的に緩やかに変化することとなり、内部応力の分散を図ることができる。そのため、応力歪みによる破壊を防止できる。また、電界強度分布が緩やかになることにより、絶縁破壊も防止できる。これらによって、積層型電歪／圧電素子は、高い電圧で駆動できるため、小さな素子であっても大きな変位を発生させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第2645628号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、近年、高電圧および高圧力下で長期間連続駆動できることが積層型圧電素子に要求されてきており、さらなる耐久性の向上が望まれている。【００１０】
例えば、特許文献１の積層型電歪／圧電素子は、無電極部の幅が、積層方向において波状に変化するように形成されていることから、応力歪みが積層方向において周期的に大きくなる部位が発生し、応力歪みが大きくなる部位で破損等が発生しやすいという問題点があった。【００１１】
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力を積層体全体で分散および低減させて、耐久性を向上させた積層型圧電素子およびそれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の積層型圧電素子は、圧電体層および内部電極層が交互に複数積層された積層体と、該積層体の対向する一対の側面に接合されて、それぞれ前記内部電極層の第１の組および第２の組が接続された外部電極とを含む積層型圧電素子において、第１の組の前記内部電極層が接続された第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間は絶縁されて不活性領域となっており、該不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっており、第１の前記外部電極に対向している第２の組の前記内部電極層の縁の形状が、両側よりも中央で第１の前記外部電極から遠い弧状であり、該弧状の形状が一定の曲率半径を有する円弧状または楕円弧状のなめらかな曲線状であることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなっていることを特徴とするものである。【００１５】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記不活性領域における第１の前記外部電極と第２の組の前記内部電極層との間の幅が、前記積層体の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっていることを特徴とするものである。【００１６】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で、前記圧電体層の厚みが厚くなっており、前記内部電極層間の間隔が広くなっていることを特徴とするものである。【００１７】
また、本発明の積層型圧電素子は、上記の構成において、第２の組の前記内部電極層が接続された第２の前記外部電極と第１の組の前記内部電極層との間の不活性領域の幅も、前記積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっていることを特徴とするものである。【００１８】
本発明の噴射装置は、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、前記容器内に蓄えられた流体が前記積層型圧電素子の駆動により前記噴射孔から吐出されることを特徴とするものである。【００１９】
本発明の燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、該コモンレールに蓄えられた前記高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、前記コモンレールに前記高圧燃料を供給する圧力ポンプと、前記噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の積層型圧電素子によれば、圧電体層および内部電極層が交互に複数積層された積層体と、積層体の対向する一対の側面に接合されて、それぞれ内部電極層の第１の組および第２の組が接続された外部電極とを含む積層型圧電素子において、第１の組の内部電極層が接続された第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間は絶縁されて不活性領域となっており、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっていることから、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力を積層体の中央部から端部にかけて分散および低減させて、耐久性を向上させたものとなる。即ち、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力は、平面視で第２の組の内部電極層同士の重なる位置が揃わないので分散し、その結果、積層型圧電素子の耐久性が向上する。また、積層体の端部の内部電極層の面積が大きくなるので、積層体の端部において一定の駆動電力に対して伸縮駆動する圧電体層の体積が増大するために、積層体の端部で応力がより分散する。その結果、積層体にクラック等の損傷が発生しにくくなり、耐久性が向上する。【００２１】
また、本発明の積層型圧電素子は、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなっているときには、積層体の全体にわたって応力を分散および低減させることができる。【００２２】
また、本発明の積層型圧電素子は、第１の外部電極に対向している第２の組の内部電極層の縁の形状が、両側よりも中央で第１の外部電極から遠い弧状であることから、活性領域と不活性領域との境界部分において応力が集中する箇所がなくなるので、さらに応力が分散されて圧電体層にクラック等の破損が発生しにくくなり、耐久性が向上する。
【００２３】
また、本発明の積層型圧電素子は、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっているときには、積層体の積層方向の端部において中央部側から端にかけて応力をより分散および低減させて、耐久性をより向上させたものとなる。【００２４】
また、本発明の積層型圧電素子は、積層体の積層方向の中央部よりも端部で、圧電体層の厚みが厚くなっており、内部電極層間の間隔が広くなっているときには、応力が高くなる積層体の積層方向の端部において１層あたりの歪量が小さくなり、応力の緩和効果が高くなり、耐久性が向上する。【００２５】
また、本発明の積層型圧電素子は、第２の組の内部電極層が接続された第２の外部電極と第１の組の内部電極層との間の不活性領域の幅も、積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっているときには、積層体の第１の外部電極の側および第２の外部電極の側の両方において、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力を積層体の中央部から端部にかけてより分散および低減させることができる。従って、より耐久性を向上させた積層型圧電素子が得られる。【００２６】
本発明の噴射装置によれば、噴射孔を有する容器と、上記本発明の積層型圧電素子とを備え、容器内に蓄えられた流体が積層型圧電素子の駆動により噴射孔から吐出されることから、耐久性を向上させた積層型圧電素子を備えているために、耐久性が向上した噴射装置となる。【００２７】
本発明の燃料噴射システムは、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射する上記本発明の噴射装置と、コモンレールに高圧燃料を供給する圧力ポンプと、噴射装置に駆動信号を与える噴射制御ユニットとを備えたことから、耐久性を向上させた噴射装置を備えているために、耐久性が向上した燃料噴射システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図３】本発明の積層型圧電素子における第２の組の内部電極について実施の形態の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の積層型圧電素子について実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の噴射装置について実施の形態の一例を示す概略的な断面図である。
【図７】本発明の燃料噴射システムについて実施の形態の一例を示す概略的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の積層型圧電素子について実施の形態の例を図面を参照し詳細に説明する。図１は、本実施の形態の積層型圧電素子（以下、素子ともいう）１を示す斜視図である。この積層型圧電素子１は、圧電体層２と内部電極層３ａ，３ｂが交互に複数積層された積層体５を有している。積層体５の側面には、一対の外部電極４ａ，４ｂが形成されている。積層体５は、内部電極層３ａ，３ｂが対向する対向部６と、この対向部６に対して積層方向の両端部側に位置する非対向部７とを備えている。
【００３０】
対向部６は、圧電体層２が伸縮駆動する活性部であり、非対向部７は、圧電体層２が伸縮駆動しない不活性部である。
【００３１】
そして、本実施の形態の積層型圧電素子１は、圧電体層２および内部電極層３ａ，３ｂが交互に複数積層された積層体５と、積層体５の対向する一対の側面に接合されて、それぞれ内部電極層３ａ，３ｂの第１の組（３ａ）および第２の組（３ｂ）が接続された外部電極４ａ，４ｂとを含む積層型圧電素子１において、第１の組の内部電極層３ａが接続された第１の外部電極４ａと第２の組の内部電極層３ｂとの間は絶縁されて不活性領域Ａ２となっており、不活性領域Ａ２における第１の外部電極４ａと第２の組の内部電極層３ｂとの間の幅ｗが、積層体５の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっている。
【００３２】
上記の構成により、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力を積層体の中央部から端部にかけて分散および低減させて、耐久性を向上させたものとなる。即ち、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力は、平面視で第２の組の内部電極層同士の重なる位置が揃わないので分散し、その結果、積層型圧電素子の耐久性が向上する。また、積層体の端部の内部電極層の面積が大きくなるので、積層体の端部において一定の駆動電力に対して伸縮駆動する圧電体層の体積が増大するために、積層体の端部で応力がより分散する。その結果、積層体にクラック等の損傷が発生しにくくなり、耐久性が向上する。
【００３３】
本実施の形態の積層型圧電素子１において、積層体５の積層方向の中央部は、積層体５の積層方向の全長の10％〜30％程度の長さを有する中央部を意味する。積層体５の積層方向の端部は、積層体５の積層方向の全長の５％〜10％程度の長さを有する端部を意味する。
【００３４】
不活性領域Ａ２における第１の外部電極４ａと第２の組の内部電極層３ｂとの間の幅ｗが、積層体５の積層方向の中央部よりも端部で小さくなる割合は、５％〜10％ずつ小さくなることが好ましい。この範囲内とすることにより、活性領域と不活性領域との境界部分に発生する応力を積層体の中央部から端部にかけて分散および低減させることができ、また、幅ｗの変化の割合が大きすぎることにより変位方向が不安定になる不具合を抑えることができる。
【００３５】
また、幅ｗの変化の割合は一定であってもよいが、積層体５の積層方向において変化していてもよい。例えば、幅ｗが、積層体５の積層方向の全長の10％〜30％程度の長さを有する中央部で一定（幅ｗの変化の割合は０）であり、積層体５の積層方向の中央部から端部にかけて、幅ｗの変化の割合が一定で、幅ｗが次第に小さくなるものであってもよい。この場合、積層体５における変位の方向が安定し、また、変位量が急激に変化する部位が発生しにくいものとなる。
【００３６】
また、積層体５の積層方向の中央部で幅ｗの変化の割合が一定であり、積層体５の積層方向の中央部から端部にかけて次第に幅ｗの変化の割合が大きくなるものであってもよい。この場合端部での応力緩和効果が高くなり、耐久性が向上するという効果がある。
【００３７】
また、幅ｗが一定の部分と変化している部分とが交互にあるようにして、積層体５の積層方向の中央部から端部にかけて幅ｗが階段状に変化するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態の積層型圧電素子１は、図２に示すように、不活性領域Ａ２における第１の外部電極４ａと第２の組の内部電極層３ｂとの間の幅ｗが、積層体５の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなっていることが好ましい。この構成により、積層体５の全体にわたって応力を分散および低減させることができる。
【００３９】
この場合、積層体５の積層方向の中央部から一方の端部にかけての幅ｗの変化の仕方と、積層体５の積層方向の中央部から他方の端部にかけての幅ｗの変化の仕方とが同じであることが好ましい。この構成により、積層体５の積層方向における応力の分散が対称的なものとなり、偏りが発生しないために、積層型圧電素子１の耐久性がより向上する。
【００４０】
また、幅ｗの変化の割合は一定であってもよいが、積層体５の積層方向において変化していてもよい。例えば、幅ｗが、積層体５の積層方向の全長の５％〜20％程度の長さを有する中央部で一定（幅ｗの変化の割合は０）であり、積層体５の積層方向の中央部から両方の端部にかけて、幅ｗの変化の割合が一定で、幅ｗが次第に小さくなるものであってもよい。この場合、積層体５における変位の方向が安定し、また、変位量が急激に変化する部位が発生しにくいものとなる。
【００４１】
また、積層体５の積層方向の中央部で幅ｗの変化の割合が一定であり、積層体５の積層方向の中央部から両方の端部にかけて次第に幅ｗの変化の割合が大きくなるものであってもよい。この場合、端部での応力緩和効果が高くなり、耐久性が向上するという効果がある。
【００４２】
また、幅ｗが一定の部分と変化している部分とが交互にあるようにして、積層体５の積層方向の中央部から両方の端部にかけて幅ｗが階段状に変化するようにしてもよい。
【００４３】
また、本実施の形態の積層型圧電素子は、図３に示すように、第１の外部電極４ａに対向している第２の組の内部電極層３ｂの縁の形状が、両側よりも中央で第１の外部電極４ａから遠い弧状である。この構成により、活性領域Ａ１と不活性領域Ａ２との境界部分において応力が集中する箇所がなくなるので、応力が分散されて圧電体層２にクラック等の破損が発生しにくくなり、耐久性が向上する。
【００４４】
また、弧状の形状が一定の曲率半径を有する円弧状、楕円弧状等のなめらかな曲線状であることから、活性領域Ａ１と不活性領域Ａ２との境界部分において応力が集中することを有効に抑えることができる。弧状の形状が一定の曲率半径を有する円弧状である場合、曲率半径（Ｒ）は10ｍｍ〜100ｍｍ程度であることがより好ましい。この範囲内とするこ
とにより、活性領域Ａ１と不活性領域Ａ２との境界部分において応力が集中することをより有効に抑えることができ、また、第２の組の内部電極層３ｂの縁の形状が直線状に近づいて応力分散の効果が低下することを抑えることができる。
【００４５】
また、弧状の形状が複数の直線部を繋げて全体として弧状としたものであってもよい。この場合、直線部同士を繋げた箇所が折り曲がった形状となり、その折り曲がった部位に応力が集中しやすくなるが、折り曲がりの角度が45°程度以上に十分に大きければ応力の集中を抑えることができ、好ましい。
【００４６】
また、本実施の形態の積層型圧電素子１は、不活性領域Ａ２における第１の外部電極４ａと第２の組の内部電極層３ｂとの間の幅ｗが、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっていることが好ましい。この構成により、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端にかけて応力をより分散および低減させて、耐久性をより向上させたものとなる。
【００４７】
この場合、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっているその端部は、積層体５の積層方向の全長の５％〜40％程度の長さの端部であることが好ましい。この範囲内とすることにより、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端にかけて応力を分散および低減させる効果がより高くなる。
【００４８】
また、幅ｗが、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっているが、この場合の幅ｗの変化の割合はほぼ一定である。その結果、幅ｗが次第に小さくなるように滑らかに変化する。幅ｗの変化の割合は、１％以下ずつ小さくなることがよい。この範囲内とすることにより、積層体５の積層方向の端部において中央部側から端にかけて応力を分散および低減させる効果がさらに高くなる。
【００４９】
また、積層体５の積層方向の中央部においては、幅ｗは一定でもよく、または中央部においても幅ｗが中心から端部側に向かって小さくなっていてもよい。
【００５０】
また、本実施の形態の積層型圧電素子１は、積層体５の積層方向の中央部よりも端部で、圧電体層２の厚みが厚くなっており、内部電極層３ａ，３ｂ間の間隔が広くなっていることが好ましい。この構成により、積層体５の積層方向の端部において不活性領域Ａ２の体積も増大するために、端部での応力緩和効果が高くなり、耐久性が向上する。この場合、積層体５の積層方向の中央部における内部電極層３ａ，３ｂ間の間隔（Ｄ１）に対して、積層体５の積層方向の端部における内部電極層３ａ，３ｂ間の間隔（Ｄ２）の比が、Ｄ２／Ｄ１＝1.1〜３程度となるように広くなっていることがより好ましい。この範囲内とすることにより、積層体５の積層方向の端部における応力の緩和効果が高くなり、また、Ｄ２が大きくなりすぎることによる積層体５の大型化による伸縮駆動性が低下することを抑えることができる。
【００５１】
また、本実施の形態の積層型圧電素子１は、図４、図５に示すように、第２の組の内部電極層３ｂが接続された第２の外部電極４ｂと第１の組の内部電極層３ａとの間の不活性領域Ａ３の幅ｗ１も、積層体５の積層方向の中央部よりも端部で小さくなっていることが好ましい。この構成により、積層体５の第１の外部電極４ａの側および第２の外部電極４ｂの側の両方において、活性領域Ａ１と不活性領域Ａ２，Ａ３との境界部分に発生する応力を積層体５の中央部から端部にかけてより分散および低減させることができる。従って、より耐久性を向上させた積層型圧電素子１が得られる。
【００５２】
この場合、積層体５の第１の外部電極４ａの側における積層方向での不活性領域Ａ２の幅ｗの変化の仕方と、積層体５の第２の外部電極４ｂの側における積層方向での不活性領域Ａ３の幅ｗ１の変化の仕方とが同じであることがより好ましい。これにより、積層体５の第１の外部電極４ａの側と第２の外部電極４ｂの側とで同様に応力を分散でき、応力が集中したり偏る箇所がなくなるために、積層型圧電素子１の耐久性がより向上する。
【００５３】
次に、本実施の形態の積層型圧電素子１の製造方法について説明する。まず、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の粉末と、アクリル系、ブチラール系等の有機高分子からなるバインダーと、ＤＢＰ（フタル酸ジブチル）、ＤＯＰ（フタル酸ジオクチル）等の可塑剤とを混合してスラリーを作製する。
【００５４】
次に、得られたスラリーをドクターブレード法、カレンダーロール法等のテープ成形法を用いてセラミックグリーンシートに成形する。
【００５５】
次に、内部電極層３ａ，３ｂとなる導電性ペーストを作製する。この導電性ペーストは、主に銀−パラジウム合金からなる金属粉末にバインダー、可塑剤等を添加混合して得る。この導電性ペーストをセラミックグリーンシートの片面にスクリーン印刷法等によって内部電極層３ａ，３ｂのパターンに印刷する。このとき、積層体５の端部側へいくほど導電性ペーストのパターンの面積が大きくなるようにする。
【００５６】
次に、導電性ペーストが印刷されたセラミックグリーンシートを、例えば図１に示す構成の積層体５となるように積層し、乾燥させることによって積層成形体を得る。この積層成形体の積層方向のさらに両端側に導電性ペーストを印刷していない非対向部７用のセラミックグリーンシートを複数層積層する。なお、積層成形体は、必要に応じて積層方向に沿って裁断して所望の形状にしてもよい。
【００５７】
次に、積層成形体を所定の温度で脱バインダー処理した後、900〜1150℃で焼成することにより積層体５を得る。必要に応じて積層体５の側面を研磨してもよい。また、焼成時に積層体５の各側面の全体が僅かに円弧状の曲面となるように変形させて焼成し、その後積層体５の側面を平面状に研磨することにより、積層体５の両端部の部分電極部を小さくすることも可能である。
【００５８】
次に、積層体５の側面に外部電極４ａ，４ｂを形成する。外部電極４ａ，４ｂは、主に銀からなる金属粉末にバインダー、可塑剤、ガラス粉末等を添加混合して導電性ペーストを作製し、この導電性ペーストを積層体５の側面にスクリーン印刷法等によって印刷して600〜800℃で焼成することにより形成できる。さらに、外部電極４ａ，４ｂの外面に、金属から成るメッシュ状体またはメッシュ状の金属板が埋設された導電性接着剤からなる導電性補助部材を形成してもよい。金属から成るメッシュ状体とは、金属線を編み込んだものであり、メッシュ状の金属板とは、金属板に多数の貫通孔を形成してメッシュ状にしたものである。
【００５９】
その後、外部電極４ａ，４ｂにリード線を半田等で接続した後、外部電極４ａ，４ｂを含む積層体５の側面に、シリコーンゴム等からなる外装樹脂をディッピング等の手法を用いてコーティングすることにより、積層型圧電素子１を得る。
【００６０】
図６は、本実施の形態の噴射装置を示す概略的な断面図である。図６に示すように、本実施の形態の噴射装置25は、一端に噴射孔27を有する収納容器29の内部に上記実施の形態の積層型圧電素子１が収納されている。収納容器29内には、噴射孔27を開閉することができるニードルバルブ31が配設されている。噴射孔27には燃料通路33がニードルバルブ31の動きに応じて連通可能に配設されている。この燃料通路33は外部の燃料供給源に連結され、燃料通路33に常時一定の高圧で燃料が供給されている。従って、ニードルバルブ31が噴射孔27を開放すると、燃料通路33に供給されていた燃料が一定の高圧で図示しない内燃機関の燃料室内に噴出される。
【００６１】
また、ニードルバルブ31の上端部は内径が大きくなっており、収納容器29に形成されたシリンダ35と摺動可能なピストン37が配置されている。そして、収納容器29内には、上記の積層型圧電素子１を備えた圧電アクチュエータが収納されている。
【００６２】
このような噴射装置25では、圧電アクチュエータが電圧を印加されて伸長すると、ピストン35が押圧され、ニードルバルブ31が噴射孔27を閉塞し、燃料の供給が停止される。また、電圧の印加が停止されると圧電アクチュエータが収縮し、皿バネ39がピストン37を押し返し、噴射孔27が燃料通路33と連通して燃料の噴射が行なわれるようになっている。
【００６３】
また、本実施の形態の噴射装置25は、噴射孔27を有する容器と、積層型圧電素子１とを備え、容器内に充填された液体が積層型圧電素子１の駆動により噴射孔27から吐出させるように構成されていてもよい。すなわち、素子１が必ずしも容器の内部にある必要はなく、積層型圧電素子１の駆動によって容器の内部に圧力が加わるように構成されていればよい。なお、本実施の形態において、液体とは、燃料、インクなどの他、種々の液状流体（導電性ペースト等）が含まれる。
【００６４】
図７は、本実施の形態の燃料噴射システムを示す概略的なブロック図である。図７に示すように、本実施の形態の燃料噴射システム41は、高圧燃料を蓄えるコモンレール43と、このコモンレール43に蓄えられた燃料を噴射する複数の噴射装置25と、コモンレール43に高圧の燃料を供給する圧力ポンプ45と、噴射装置25に駆動信号を与える噴射制御ユニット47と、を備えている。
【００６５】
噴射制御ユニット47は、エンジンの燃焼室内の状況をセンサ等で感知しながら燃料噴射の量やタイミングを制御するものである。圧力ポンプ45は、燃料タンク49から燃料を1000〜2000気圧（約101ＭＰａ〜約203ＭＰａ）程度、好ましくは1500〜1700気圧（約152ＭＰａ〜約172ＭＰａ）程度にしてコモンレール43に送り込む役割を果たす。コモンレール43では、圧力ポンプ45から送られてきた燃料を蓄え、適宜噴射装置25に送り込む。噴射装置25は、上述したように噴射孔27から少量の燃料を燃焼室内に霧状に噴射する。
【実施例】
【００６６】
本発明の積層型圧電素子の実施例について以下に説明する。【００６７】
先ず、ＰＺＴ主成分の圧電体セラミックスの仮焼粉末と、有機高分子からなるバインダーと、可塑剤とを混合したスラリーを作製し、スリップキャステイング法により、厚み150μｍのセラミックグリーンシートを作製した。【００６８】
次に、このセラミックグリーンシートの片面に、銀の含有量が70質量％でパラジウムの含有量が30質量％である銀−パラジウム合金の粉末と、銀−パラジウム合金の粉末の100質量部に対する含有比率が30質量部の圧電セラミックスとを含む導電性ペーストを、スクリーン印刷法により、所望のパターン形状として５μｍの厚みに印刷した。【００６９】
次に、導電性ペースト層を乾燥させた後、導電性ペースト層が塗布された複数のセラミックグリーンシートを100枚積層し、１次積層成形体を作製した。さらに、１次積層成形体の積層方向の上側端部に導電性ペーストが塗布されていないセラミックグリーンシートを10枚積層し、下側端部に20枚積層し、積層成形体を作製した。【００７０】
次に、この積層成形体を100℃で加熱しながら加圧し、積層成形体のセラミックグリーンシートを一体化した。【００７１】
次に、積層成形体を断面が８ｍｍ×８ｍｍの四角形状で長さが18ｍｍの四角柱状に切断した後、800℃で10時間の脱バインダーを行ない、1130℃で２時間積層成形体を焼成することにより、積層体を得た。焼成の際に使用した焼成鉢は、密閉構造のＭｇＯ製の鉢を用い、積層成形体および積層成形体に含まれるセラミックスと同じ組成のセラミック粉末を鉢に入れて焼成した。また、積層体における圧電体層の厚みは100μｍであった。【００７２】
次に、積層体の４つの側面を、0.2ｍｍの厚み分ずつ、平面研削盤を用いて研磨した。【００７３】
次に、積層体の互いに対向する２つの側面において、内部電極層の端面を含む圧電体層の端面に、積層体の２つの側面において互い違いになるように、圧電体層の１層おきに深さ200μｍ、積層方向の幅75μｍの溝を形成した。そして、これらの溝にシリコーンゴムを充填してシリコーンゴムから成る絶縁体を形成し、内部電極層の端部を積層体の２つの側面に露出させた。即ち、第１の組の内部電極層の端部が第１の外部電極側の積層体の側面に露出し、第２の組の内部電極層の端部が第２の外部電極側の積層体の側面に露出するようにした。【００７４】
次に、積層体の２つの側面に、銀とポリイミド樹脂を含む導電性接着剤を塗布し、この導電性接着剤中に、ステンレスから成るメッシュ状体を埋め込み、この状態で200℃に加熱し導電性接着剤を硬化させることにより、第１および第２の外部電極を形成した。【００７５】
次に、正極用の外部電極（第１の外部電極）、負極用の外部電極（第２の外部電極）に、それぞれリード線をはんだで接続し、積層型圧電素子の表面をアルコールで洗浄した。その後、プライマーによって積層体に表面処理を施して外装樹脂の密着性を向上させた後に、ディッピング法によってシリコーンゴムから成る外装樹脂を積層体の表面に被覆し、積層型圧電素子を作製した。【００７６】
最後に、積層型圧電素子に１ｋＶの分極電圧を印加し、積層型圧電素子の圧電体層全体に分極処理を施して、本発明の積層型圧電素子を得た。【００７７】
このとき、積層体における内部電極層の構成を表１のように５種類のものとした５種類の積層型圧電素子を作製した。【００７８】
試料番号１の積層型圧電素子は、図１に示す構成のものであり、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも一方の端部で小さくなっている構成である。この場合、積層体の積層方向の中央部は、積層体の積層方向の全長（15ｍｍ）の10％の長さを有する中央部であり、積層体の積層方向の端部は、積層体の積層方向の全長の５％の長さを有する端部である。また、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなる割合は、１％ずつ小さくなるようにした。【００７９】
試料番号２の積層型圧電素子は、図２に示す構成のものであり、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなっている構成である。この場合、積層体の積層方向の中央部は、積層体の積層方向の全長（15ｍｍ）の10％の長さを有する中央部であり、積層体の積層方向の端部は、積層体の積層方向の全長の５％の長さを有する端部である。また、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも両方の端部で小さくなる割合は、１％ずつ小さくなるようにした。【００８０】
試料番号３の積層型圧電素子は、図１、図３に示す構成のものであり、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも一方の端部で小さくなっているとともに、第１の外部電極に対向している第２の組の内部電極層の縁の形状が、両側よりも中央で第１の外部電極から遠い弧状である構成である。この場合、積層体の積層方向の中央部は、積層体の積層方向の全長（15ｍｍ）の10％の長さを有する中央部であり、積層体の積層方向の端部は、積層体の積層方向の全長の５％の長さを有する端部である。また、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の中央部よりも端部で小さくなる割合は、１％ずつ小さくなるようにした。このとき、第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅は、第１の外部電極と弧状の中間の部位との間の幅とした。また、弧状の形状は一定の曲率半径を有する円弧状であり、その曲率半径は30ｍｍである。【００８１】
試料番号４の積層型圧電素子は、不活性領域における第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅が、積層体の積層方向の端部において中央部側から端に向かって次第に小さくなっている構成である。この場合、積層体の積層方向の端部は、積層体の積層方向の全長の５％の長さの端部である。また、第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅の変化の割合は１％で一定である。また、積層体の積層方向の中央部においては、第１の外部電極と第２の組の内部電極層との間の幅は１ｍｍで一定である。【００８２】
試料番号５の積層型圧電素子は、図１に示す構成の試料番号１の積層型圧電素子であって、積層体の積層方向の中央部よりも端部で、圧電体層の厚みが厚くなっており、内部電極層間の間隔が広くなっている構成である。積層体の積層方向の中央部における内部電極層間の間隔（Ｄ１＝120μｍ）に対して、積層体の積層方向の端部における内部電極層間の間隔（Ｄ２＝240μｍ）の比が、Ｄ２／Ｄ１＝２である。【００８３】
これらの積層型圧電素子にそれぞれ200Ｖの直流電圧を印加した結果、各積層型圧電素子とも伸縮駆動による10μｍの変位が得られた。【００８４】
さらに、これらの積層型圧電素子に０Ｖ〜＋200Ｖの交流電界を200Ｈｚの周波数で印加し、150℃で駆動試験を行なった。駆動試験は、積層型圧電素子を１×10９サイクル連続駆動した後の変位を測定し、初期の変位からの変化を調べた。このとき、変化量の絶対値が0.5μｍ以下のものを異常なしとした。【００８５】
なお、変位量の測定は、試料を防振台上に固定し、試料上面にアルミニウム箔を張り付けて、レーザ変位計により素子の中心部および両端部の３箇所で測定することによって行ない、３箇所の変位量の平均値を積層型圧電素子の変位量とした。【００８６】
【表１】
0005409772.tif 000002
【００８７】
表１より、試料番号１の積層型圧電素子は、初期の変位に対して、１×10９サイクル連続駆動後の変位量が0.4μｍ変化（増大）したが、異常は認められなかった。【００８８】
試料番号２〜５の積層型圧電素子は、初期の変位に対して、１×10９サイクル連続駆動後の変位が変化しなかった。【００８９】
なお、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えても何等差し支えない。例えば、積層体の非対向部は、電圧印加時に駆動に寄与する内部電極層が対向していない部位、すなわち自らは駆動しない部位であるが、非対向部に金属層などが含まれていてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１：積層型圧電素子
２：圧電体層
３ａ：第１の組の内部電極層
３ｂ：第２の組の内部電極層
４ａ：第１の外部電極
４ｂ：第２の外部電極
５：積層体
６：積層体の対向部
７：積層体の非対向部
【図１】
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【図２】
0005409772.tif 000004
【図３】
0005409772.tif 000005
【図４】
0005409772.tif 000006
【図５】
0005409772.tif 000007
【図６】
0005409772.tif 000008
【図７】
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